یکی از مبانی انقلاب صنعتی ۴ افزایش اتوماسیون یا خودکارسازی کارها است. امری که به شرکتها و سازمانها اجازه میدهد تا به ارزش بلندمدت فرایندهای خود دست یابند، نیاز به مشارکت نیروی انسانی و میزان اتلافها را کاهش دهند، انعطافپذیری را افزایش داده و فرایند تصمیمگیری را بهینه کنند.
فهرست مطالب
اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی به فرایندی گفته میشود که در آن کارکرد ماشینها و سایر تجهیزات صنعتی با کمک برنامهنویسی منطقی دیجیتال صورت میپذیرد و طی آن با کاهش دخالت انسان در تصمیمگیری و هدایت دستی فرمان تجهیزات و ماشینآلات، مدیریت و کار تجهیزات به صورت دیجیتالی انجام میشود.
درک تعریف بالا از اتوماسیون صنعتی قطعاً ساده نیست، به همین خاطر در ادامه با کمک یک مثال کوچک سعی میکنیم بفهمیم که اتوماسیون صنعتی چیست.
مثالی برای درک بهتر اتوماسیون صنعتی
یک فرایند تولید صنعتی که به صورت دستی و سنتی هدایت میشود را در نظر بگیرید؛ که در آن اپراتور دمای یک کوره صنعتی را مشاهده میکند. فرض کنید وظیفهٔ اپراتور رساندن دمای کوره به دمای معینی حفظ آن دما برای حدود ۳۰ دقیقه است.
بنابراین اپراتور باید ابتدا با کنترل یک سوپاپ، مقدار سوخت کوره را تنظیم کند تا دما به مقدار دلخواه برسد. هنگامی که دمای لازم به دست آمد، باید با تنظیم مداوم سوپاپ، یعنی افزایش یا کاهش سوخت دمای هدف را برای ۳۰ دقیقه آینده حفظ کند.
با اتوماسیون صنعتی میتوان کل این فرایند را بدون کمک اپراتور انجام داد. ابتدا یک سنسور دما در نزدیکی کوره قرار داده شده است که دما را به یک سیستم کامپیوتری گزارش میدهد.
در ادامه شیر کنترل برقی وجود دارد که آن هم توسط کامپیوتر کنترل میشود تا با کنترل آن سوخت به کوره برسد. بر اساس خوانش دما از سنسور، سیستم به صورت خودکار شیر را باز می کند تا در ابتدا سوخت بیشتری به کوره برسد و پس از رسیدن به دمای مورد نظر، سیستم به صورت خودکار شیر را میبندد.
سیستم کامپیوتری میتواند شیر را باز یا بسته کند، و بر اساس خوانش دما حتی قادر است تا کمترین مقدار سوخت را نیز به جریان بیاندازد. تایمر در رایانه یک بار در ۳۰ دقیقه به پایان میرسد و رایانه میتواند سیستم را به طور کامل خاموش کند.
مثال بالا ممکن است مبهم به نظر برسد، اما به درک چگونگی پیاده سازی یک سیستم اتوماسیون صنعتی ساده کمک میکند. در مثال فوق، دخالت انسان در این فرایند مطلقاً صفر است و تمام کار از صفر تا صد توسط یک سیستم اتوماسیون صنعتی انجام میشود.
توانمندیها و تجهیزات پگاه آفتاب در حوزه اتوماسیون صنعتی
- طراحی و ساخت تجهیز افق امن (جهت انتقال اطلاعات از شبکههای صنعتی به شبکه IT بهصورت کاملا امن و یکسویه)
- طراحی و ساخت تجهیزات جمعآوری سیگنال (Data Logger) و سامانههای تحلیل و مانیتورینگ داده
- طراحی و ساخت سنسورهای ارتفاعسنج لیزری
- طراحی و ساخت سنسورهای ارتفاعسنج اولتراسونیک
- طراحی و ساخت تجهیزات انتقال سیگنال بیسیم صنعتی
- طراحی و ساخت مبدلهای صنعتی:
- مبدل ۲۰/۴ mA (20/0) به V 10/0 ایزوله تا ۱۰۰۰ ولت ـ وبالعکس ـ ۱ تا ۴ کاناله
- مبدل ۲۰/۴ mA (20/0) به V 5/0 ایزوله تا ۱۰۰۰ ولت ـ وبالعکس ـ ۱ تا ۴ کاناله
- مبدل ۲۰/۴ mA (20/0) به V 3.3/0 ایزوله تا ۱۰۰۰ ولت ـ وبالعکس ـ ۱ تا ۴ کاناله
اتوماسیون صنعتی: از کجا باید شروع کرد؟
بسیاری از بخشهای مرتبط با تولید صنعتی، واحدهای فرآوری محصولات، حمل و نقل و انبارداری کالاهای فیزیکی نیاز وافری به اتوماسیون و بهینهسازی فرایندهای خود دارند. با وجود این نیاز در اغلب بخشها اما حوزههایی ظرفیت بیشتری برای اتوماسیون نسبت به سایر حوزههای صنعت دارند که نمودار زیر به خوبی نمایشگر این ظرفیتها با تاکید بر پارامترهای مختلف است.
به عنوان مثال، هم در بخش تولید و هم در حمل و نقل، بیشترین زمان صرف کارهای فیزیکیای میشود که قابل پیشبینی نیز هستند. این جنس کارها، ظرفیت و امکان اتوماسیون متوسط تا بالا را دارا هستند، به این معنی که ترکیبی از راهکارهای فنی به شرکتها و سازمانهای دارای این نوع از فعالیتها اجازه میدهد ۱۰ تا ۴۰ درصد از تلاشهای صرف شده در این خصوص را کاهش دهند. همچنین یکی دیگر از زمینههای بهبود، جمعآوری و پردازش دادهها است. در حالی که بسیاری از کسب و کارها اتوماسیون را به شکل اولیه و ابتدایی خود پذیرفتهاند، بسیاری از آنها هنوز در حال تلاشهای ابتدایی برای استفاده از آن هستند.
اگر شرکت به دنبال حرکت رو به جلو با اتوماسیون باشد، باید سطح بلوغ اتوماسیون خود و آنچه باید انجام شود را درک کند.
چهار سطح اتوماسیون صنعتی
سطحوح اتوماسیون صنعتی که معمولا در ۴ سطح تعریف میشود میزان بلوغ اتوماسیون را در یک شرکت یا سازمان نشان میدهد و به اقداماتی که باید در هر کدام از این سطوح انجام شود را اشاره میکند. متخصصان انتقال از هر سطح به سطح بعدی را توصیف میکنند و سه مرحله را در این فرایند تعریف میکنند.
سطح ۱: نابالغ
در این سطح، شرکت زیرساخت محدودی برای اجرای هر شکلی از اتوماسیون صنعتی دارد. به طور معمول در این سطح هیچگونه از اتوماسیون رباتیک فرایند یا RPA، حسگر، یا سیستم جمع آوری داده وجود ندارد. توصیه کلی این است که اگر در این طح قرار دارید، اتوماسیون صنعتی را در پروژههای کوچک و در مقیاس کوچک پیادهسازی کنید و پس از تست و آزمایش آن و موفقیت در این آزمایشها سپس مقیاس آن را به تدریج در سطح شرکت گستردهتر کنید.
سطح ۲: تا حدی بالغ
شرکتها و سازمانهایی که در سطح نسبتاً بالغ قرار دارند معمولاً تنها از بخشی از ظرفیت حسگرهای مختلف نصبشده و سیستمهای استقراریافتهٔ خود استفاده میکنند. به عنوان مثال، مالکان کسب و کار تصمیم به نصب حسگرهای متنوع در بخشهای مختلف کسبوکار گرفتهاند، اما با این وجود اکثر دادههایی که جمعآوری میشود پردازش نشده و یا در تصمیمگیریها و ایجاد تغییرات و بهبودها بکار گرفته نمیشوند.
سطح ۳: بالغ
هنگامی که شرکت بر اتوماسیون سنتی در بخش تولید تسلط یافت، معمولاً به مرحله بلوغ بالای خود میرود. استفاده از راهکارهای اتوماسیون پیچیدهتری مانند بهرهگیری از وسایل نقلیه هدایت شونده خودکار (AGV) و رباتهای متحرک خودکار (AMR) ممکن است صورت بپذیرد. با این حال، چنین کسبوکار هنوز فاقد اتوماسیون وظایف در حوزههای مدیریتی، پشتیبانی و ستادی خود است.
سطح ۴: کاملا بالغ
شرکتها و سازمانهایی در سطح اتوماسیون صنعتی کاملا بالغ بر فناوریهای سنتی و پیشرفته مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی در تمام حوزههای عملیات تسلط دارند. چنین شرکتهایی واحدهای تولیدی خود را در یک زنجیره اتوماسیون اداره و هدایت میکنند، زنجیرههای تامین را بهینه کردهاند و از آنالیزهای ماشینی پیچیده دادهها را برای رشد بهینگی تصمیمگیریها استفاده کردهاند.
توصیههایی برای ارتقای سطح بلوغ اتوماسیون صنعتی
۱. ارتقای سطح از نابالغی به تا حدی بالغ
با پیادهسازی اصول
- نصب زیرساخت های پایهای و اولیهٔ سنجش (مانند حسگرهای سنجش دما، فشار، جریان) و اتوماسیون ساده اجرای کارها (مانند تریگرها یا راهاندازهای کار)
- ایجاد فرایندهای اولیه برای شناسایی، ارزیابی و پیادهسازی اتوماسیون
- برنامهنویسی اولیه برای اتوماسیون سادهترین کارها
۲. ارتقای سطح از تا حدی بالغ به بالغ
با استفادهٔ کامل از اتوماسیون سنتی
- استفاده کامل از زیرساختهای پایهای و اولیهٔ برای ایجاد اتوماسیون پردازشها (به عنوان مثال، کنترل پیشرفتهٔ پردازش)
- نصب تجهیزات سنجش پیشرفته (سیستمهای دید ماشینی، تحلیل نمونهبرداری درونخطی و غیره)
- ایجاد مراکز تعالی اتوماسیون، با تعدادی از شرکتهای کوچک و متوسط که شبکهای از کارخانهها و واحدهای کسبوکار را به روشی پایدار پشتیبانی کنند
- برنامهنویسی پیشرفته برای حصول منافع بهینهسازی اقدامات روتین (مانند یادگیری ماشین)
۳. ارتقای سطح از بالغ به کاملا بالغ
با پیادهسازی اتوماسیون پیشرفته
- نصب و استفاده از رباتهای پیشرفته (همابتها یا رباتهای همکار، وسایل نقلیه هدایتشونده خودکار و غیره)
- اتوماسیون میزان قابل توجهی از وظایف غیر مستقیم فراتر از وظایف مستقیم مرتبط با تولید (مهندسی، مدیریت و غیره)
- استفاده از آخرین بهینهسازیها در برنامهنویسی اتوماسیون (شبکههای عصبی، هوش مصنوعی و غیره)
در ادامه این مقاله نگاهی به برخی از مزایای اتوماسیون صنعتی و تأثیر آنها بر فرایندهای درون سازمان میاندازیم.
مزایای اتوماسیون صنعتی
۱. افزایش آگاهی
اول از همه، اتوماسیون به کسب و کارها اجازه میدهد تا فرایندهای خود را بهتر درک کنند، پیوندها و حوزههای ضعیف را شناسایی کنند و سیستم کلی را کارآمدتر سازند.
۲. افزایش بهرهوری
برخلاف انسانها، ماشینها خسته نمیشوند و نیازی به رفتن به سرویس بهداشتی یا استراحت برای ناهار ندارند. نصب ماشینهای هوشمند به کسب و کارها کمک میکند تا تولید انبوه خود را بهبود ببخشند و فرایندهای جاری در کسبوکار خود را با اثرگذاری بیشتری پی بگیرند.
۳. افزایش کیفیت
ماشینها کمتر از انسانها اشتباه میکنند. علاوه بر این، راهکارهای پیشرفتهای مانند بینایی رایانهای یا Computer vision به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا عملیات کنترل کیفیت در لحظه و به صورت آنی را بدون دخالت انسان به انجام برسانند.
۴. افزایش ثبات و پایداری
همانطور که در بالا گفته شد، ماشین ها از نظر سرعت و میزان کار قابل پیشبینیتر هستند. و همین موضوع به کسب و کارها اجازه میدهد تا عملیات زنجیره تامین خود را به شکل بهینهتری برنامهریزی کنند و سفارشات خود را به موقع تحویل دهند.
۵. تصمیم گیریهای آگاهانهتر
هنگامی که فرایندها به صورت اتوماسیون به اجرا درآیند، دادههای زیادی تولید میشوند. و وقتی این دادهها مورد پردازش قرار بگیرند و به درستی مورد استفاده قرار گیرند، نتیجهٔ آن به انجام هوشمندانهتر کارها، امکان برنامهریزی قبلی، درک فرایندهای موجود در کسبوکار وتصمیمگیریهای مبتنی بر داده کمک میکند.
۶. افزایش ایمنی
اتوماسیون به کسبوکارها اجازه میدهد تا با کاهش مشارکت انسانی در برخی از کارها شرایط کاری ایمنتری را فراهم کنند. این امر به ویژه در بخشهای پرریسکی که از لحاظ ایمنی برای انسان خطرناک است امری حیاتی به شمار میرود.
۷. کاهش هزینهها
با وجود نیاز برای سرمایهگذاری اولیه بالا در خصوص پیادهسازی اتوماسیون صنعتی اما به همان نسبت بازدهی این سرمایه گذاری نیز فوق العاده بالاست. این موضوع به افزایش بهرهوری کلی در سازمان، بهبود عملیات زنجیره تامین، ارائه محصولات با کیفیت بهتر و کاهش هزینههای غیر ضروری کمک میکند.
۵ رکن اساسی اتوماسیون صنعتی
انقلاب صنعتی سوم ما را با روباتها، وسایل نقلیه هدایتشونده خودکار (AGV) و رباتهای متحرک خودکار (AMR) آشنا کرد. با این وجود اما انقلاب صنعتی چهارم، مرزهای فناوری در حیطهٔ اتوماسیون صنعتی را حتی فراتر از این بحثها میبرد. طی تجربهٔ یک دههای جهانی از حرکت در مسیر انقلاب صنعتی چهارم تجربههای جهانی به پنج روند فناورانه که جزء رکنهای اتوماسسیون صنعتی هستند اشاره میکنند که در ادامه به مرور آنها میپردازیم.
۱. تحلیل پیشرفته دادهها
تحلیل و آنالیز دادهها یکی از بزرگترین عناصری است که اتوماسیون صنعتی را در حال حاضر و در آینده به حرکت وا میدارد. بر اساس نوع دادهای که جمع آوری میشود و نحوه پردازش آنها، چهار لایه برای تحلیل دادهها در اتوماسیون صنعتی وجود دارد:
۱. تحلیل توصیفی (Descriptive) که به شما کمک می کند تا بفهمید در ماشین آلات یا محصولات شما چه اتفاقی میافتد، عملیات کسبوکار شما چقدر موثر است دیگر مواردی از این دست. این تجزیه و تحلیل به شدت به دادههای دقیقی که در موقع درست در دسترس باشند متکی است و به شما امکان میدهد تا بازنماییهای بصری قویای از فرایندهای خود ایجاد کنید.
خلاصه تحلیل توصیفی:
چه اتفاقی در کسبوکار من در حال رخ دادن است؟
- نیازمند دادهها دقیق، به لحظه و کلنگر
- بصریسازیهای موثر
۲. تحلیل تشخیصی (Diagnostic) که به این سؤال پاسخ میدهد که چرا فرایندهای خاصی در کسبوکار شکست میخورند یا کمتر از آنچه در ابتدا پیش بینی میشد مؤثر واقع میشوند. این شکل از تجزیه و تحلیل به شما کمک میکند به صورت ریشهای در مشکلات عمیقتر شوید و دلیل بروز مشکل را پیدا کنید.
خلاصه تحلیل تشخیصی:
چرا این اتفاق در حال رخ دادن است؟
- قابلیت کنکاش و یافتن ریشههای اصلی مشکل
- امکان جداسازی تمام اطلاعات گیج گمراهکننده
۳. تحلیل پیشبینانه (predictive) که به درک الگوها و گرایشها کمک میکند. و کاربردی عملی از تجزیه و تحلیل از پیش بینی تا تفسیر فروش و پیش بینی تقاضا را در بر میگیرد.
خلاصه تحلیل پیشبینانه:
چه اتفاقاتی قرار است رخ دهند؟
- استراتژی های کسب و کار را در طول زمان نسبتاً ثابت و پایدار نگاه میدارد
- الگوهای تاریخچهای با استفاده از الگوریتمها برای پیشبینی خروجیهای مشخص
- تصمیمگیری خودکار با استفاده از الگوریتمها و فناوری
۴. تجزیه و تحلیل تجویزی (Prescriptive) که از اطلاعات موجود برای نشان دادن بهترین استراتژیها یا رویکردها برای حل یک مشکل خاص استفاده میکند. این نوع از تحلیل داده همچنین به کسبوکارها اجازه میدهد تا هر فرایند خود را با حداکثر ظرفیت خود بهینه کنند.
خلاصه تحلیل تجویزی:
چه کاری باید انجام دهم؟
- پیشنهاد اقدامات و استراتژیهایی بر اساس آزمونها و خروجیهای مبتنی بر استراتژی
- استفاده از تکنیکهای تحلیلی پیشرفته برای پیشنهاد توصیههایی مشخص
۲. تحرک سازمانی
تحرک سازمانی یکی از بزرگترین مزایای پیادهسازی اتوماسیون صنعتی است. که این امر مستلزم ترکیبی از بسیاری از راهکارها، مانند مدیریت تحرک سازمانی، مدیریت دستگاههای تلفن همراه، مدیریت اپلیکیشنهای تلفن همراه، و همچنین مدیریت مشتری و محتوا است. از جمله اهداف اصلی این راهکارها عبارتند از:
- رعایت مقررات امنیتی
- جلوگیری از از دست رفتن دادهها
- اجرای استراتژی «دستگاه خود را بیاورید» (BYOD) و مسئولیتپذیری کاربر نهایی
- پذیرش اپلیکیشنهای موبایل و قابل حمل شدن منابع
چنین راهکارهایی به کسبوکارها اجازه میدهد تا به پرسنل شاغل در واحد تولید و کسبوکار دستگاههای تلفن همراه (تلفن و تبلت) را با نرمافزارهای از پیشنصبشده سازمانی ارائه کنند و در نتیجه به آنها اجازه میدهد آزادانه در تمام نقاط بتوانند کارهای خود را پیش ببرند و کمتر به رایانه و میز خود وابسته شوند.
۳. اینترنت اشیا
یکی از کاربردهای کلیدی این فناوری، اتوماسیون عملیات میدانی و ادغام آن با فرایندهای کسبوکار است. این کار به صاحبان کسبوکار اجازه میدهد تا بر روی عملکرد و سلامت دستگاهها، ماشینآلات و تجهیزات خود نظارت کنند، نگهداری و تعمیرات پیشبینانه خود را برنامهریزی کنند، از راه دور عیب یابی تجهیزات را انجام دهند و ایمنی و امنیت عملیات خود را بهبود بخشند.
انواع مختلفی از پیادهسازی صنعتی اینترنت اشیاء وجود دارد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره میکنیم:
- یک کنترلگر منطقی برنامهپذیر یا PLC (Programmable Logic Controller) یک کامپیوتر صنعتی است که برای کنترل کردن عملیات اتوماسیون برنامهنویسی شده است. این کامپیوتر به اطلاعات حسگرها متکی است و با پردازش اطلاعات در مورد یک فرایند صنعتی خاص تصمیم میگیرد.
- سامانه سرپرستی و گردآوری داده یا اسکادا (SCADA) که دادهها و فرایندها را در لحظه و به صورت آنی از طریق یکپارچهسازی و ارتباط مستقیم با حسگرها جمع آوری میکند و بینشهایی را متکی بر داده برای بهینهسازی عملیات ارائه میدهد.
- رابط انسان و ماشین (HMI) نرم افزار پیچیدهای است که اپراتورهای انسانی را قادر میسازد تا فرایندها و اپلیکیشنهای داخل اتوماسیون صنعتی را کنترل کنند.
- سیستم کنترل توزیع شده (DCS) یک شبکه مانیتورینگ و نظارت متمرکز است که امکان کنترل جداگانه عناصر در سیستم اتوماسیون را فراهم میکند.
۴. بینایی رایانهای Computer Vision
همراه با پذیرش هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (Machin Learning)، بسیاری از کسب و کارها نیز به دنبال راهکار مبتنی بر بینایی رایانهای یا Computer Vision هستند. بینایی رایانهای یکی از شاخههای علوم کامپیوتر است که شامل روشهای مربوط به دستیابی تصاویر، پردازش، آنالیز و درک محتوای آنها است. معمولاً این پردازشها تصاویر تولید شده در دنیای واقعی را به عنوان ورودی دریافت و دادههایی عددی یا سمبلیک را به عنوان خروجی تولید میکنند، مانند در شکلهایی از تصمیمگیری. یکی از رویههای توسعهٔ این شاخه بر اساس شبیهسازی توانایی بینایی انسان در رایانه است. با دادن توانایی «بینایی» به ماشینها، شرکتها میتوانند درها را به روی فرصتهای تجاری جدید باز کنند که بعضی از آنها موارد زیر هستند:
- روباتهای هدایت بینایی (Vision-guided robots) میتوانند موقعیت یک کالای تولیدی را در مسیر شناسایی و تجزیه و تحلیل کنند و طبق برنامهٔ برنامهریزی شده در حالات مختلف واکنش مناسب نشان دهند. این نوع از برنامه بینایی رایانهای اغلب در برنامههای برداشت و گذاشت Pick-and-place Application استفاده میشود.
- تشخیص ناهنجاری یکی دیگر از راهکارهای مربوط به بینایی رایانهای یا CV هستند که از پیش برنامهریزی شدهاند تا یک تصویر جدید را با یک مجموعه داده موجود مقایسه کنند و به فرد مسئول در مورد انحراف از استاندارد، بروز شرایط خطرناک و غیره هشدار دهند.
- کاهش نقص که به ماشینها اجازه میدهد تا تعداد زیادی از اقلام را مستقیماً در خط تولید آنالیز کنند و آنها را با معیارهای پذیرش مطابقت دهند. همچنین امکان تشخیص هرگونه ناهماهنگی در کیفیت را فراهم میکند.
- بازرسی بسته بندی که میتواند یک جعبه یا بسته را از چندین زاویه اسکن کند و بررسی نماید که آیا این جعبه یا بسته با استاندارد مطابقت دارد یا خیر.
- اسکن بارکدها و برچسبهای متنی که به کسب و کارها اجازه میدهد تا پردازش سفارشات را سرعت دهند و سیستم ردیابی کالای خود را بهبود بیخشند.
- برچسب زدن، ردیابی، و پایش را نیز میتوان با راهکارهای موجود در بینایی رایانهای انجام داد. این سیستم میتواند کالاهای نامتناسب/نادرست را شناسایی کند یا در مورد موارد دارای برچسب آسیب دیده هشدار دهد.
۵. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در اتوماسیون صنعتی
تحقیقات مککینزی نشان میدهد که امروزه بیش از ۲۰ درصد از شرکتهای بزرگ شکلی از یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی را در فرایندهای خود بکار گرفتهاند.
بسیاری از کسبوکارهای کوچک تا متوسط اکنون در پذیرش الگوریتمهای یادگیری ماشین، که به طور فزایندهای در اتوماسیون سیستمهای صنعتی محبوب شدهاند از شرکتهای پیشرو در صنایع خود عقب افتادهاند. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در اتوماسیون صنعتی به این شرکتهای پیشرو کمک میکنند تا کارهای دستی خود را کاهش دهند، هزینهها را بهینه کنند، تصمیم گیریهای هوشمندانه را فعال کنند و فرایندهای مختلف مدیریت را ساده سازند.